6 Beneficios de Power Over Ethernet o PoE

Power over Ethernet, o PoE , describe cualquiera de varios estándares o sistemas ad hoc que transmiten energía eléctrica junto con datos en cableado Ethernet de par trenzado.

Esto permite que un solo cable proporcione conexión de datos y energía eléctrica a dispositivos como puntos de acceso inalámbrico (WAP), cámaras de protocolo de Internet (IP) y teléfonos de voz sobre protocolo de Internet (VoIP) .

Existen varias técnicas comunes para transmitir energía a través de cableado Ethernet. Tres de ellos han sido estandarizados por el estándar IEEE 802.3 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) desde 2003.

Estos estándares (Power over ethernet standards) se conocen como alternativa A , alternativa B y 4PPoE . Para 10BASE-T y 100BASE-TX, solo se utilizan dos de los cuatro pares de señales del cable Cat 5 típico.

La alternativa B separa los conductores de datos y de alimentación, lo que facilita la resolución de problemas. También hace un uso completo de los cuatro pares trenzados en un cable Cat 5 típico. El voltaje positivo corre a lo largo de los pines 4 y 5, y el negativo a lo largo de los pines 7 y 8.

La alternativa A transporta energía por los mismos cables que los datos para las variantes de Ethernet de 10 y 100 Mbit/s. Esto es similar a la técnica de alimentación fantasma comúnmente utilizada para alimentar micrófonos de condensador.

La energía se transmite en los conductores de datos aplicando un voltaje común a cada par. Debido a que Ethernet de par trenzado utiliza señalización diferencial , esto no interfiere con la transmisión de datos. El voltaje de modo común se extrae fácilmente utilizando la derivación central del transformador de pulso Ethernet estándar.

Para Gigabit Ethernet y más rápido, ambas alternativas A y B transportan energía en pares de cables que también se usan para datos, ya que los cuatro pares se usan para la transmisión de datos a estas velocidades.

4PPoE proporciona energía usando los cuatro pares de un cable de par trenzado. Esto permite una mayor potencia para aplicaciones como cámaras Pan-Tilt-Zoom (PTZ) , WAP de alto rendimiento o incluso cargar baterías de portátiles .

Además de estandarizar la práctica existente para par de repuesto ( Alternativa B ), energía de par de datos en modo común ( Alternativa A ) y transmisión de 4 pares ( 4PPoE ), los estándares IEEE PoE brindan señalización entre el equipo de suministro de energía (PSE) y dispositivo alimentado (PD).

Esta señalización permite que la fuente de energía detecte la presencia de un dispositivo conforme, y permite que el dispositivo y la fuente negocien la cantidad de energía requerida o disponible.

Desarrollo de estándares Power Over Ethernet

Ethernet de dos y cuatro pares

El estándar PoE IEEE 802.3af-2003 original proporciona hasta 15,4 W de alimentación de CC (mínimo 44 V CC y 350 mA) en cada puerto.

Se garantiza que solo habrá 12,95 W disponibles en el dispositivo alimentado, ya que parte de la energía se disipa en el cable.

El estándar PoE IEEE 802.3at-2009 actualizado, también conocido como PoE+ o PoE plus , proporciona hasta 25,5 W de potencia para dispositivos Tipo 2.

El estándar de 2009 prohíbe que un dispositivo alimentado use los cuatro pares para obtener energía. Ambas normas se han incorporado desde entonces a la Publicación IEEE 802.3-2012 .

El estándar IEEE 802.3bt-2018 amplía aún más las capacidades de potencia de 802.3at. También se conoce como PoE++ o 4PPoE.

El estándar introduce dos tipos de potencia adicionales: hasta 51 W de potencia entregada (Tipo 3) y hasta 71,3 W de potencia entregada (Tipo 4). Cada par de pares trenzados necesita manejar una corriente de hasta 600 mA (Tipo 3) o 960 mA (Tipo 4).

Además, se incluye soporte para 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE-T.

Este desarrollo abre la puerta a nuevas aplicaciones y amplía el uso de aplicaciones como puntos de acceso inalámbricos de alto rendimiento y cámaras de vigilancia.

Ethernet de un solo par

La enmienda IEEE 802.3bu-2016 introdujo Power over Data Lines de un solo par ( PoDL )para los estándares Ethernet de un solo par100BASE-T1y1000BASE-T1destinados a aplicaciones automotrices e industriales.

En los estándares de dos o cuatro pares, se aplica el mismo voltaje de alimentación a cada conductor del par, de modo que dentro de cada par no hay voltaje diferencial que no sea el que representa los datos transmitidos. Con Ethernet de un solo par, la energía se transmite en paralelo a los datos. PoDL definió inicialmente diez clases de potencia, que van de 0,5 a 50 W (en PD).

Posteriormente, PoDL se agregó a las variantes de un solo par 10BASE-T1 ,  2.5GBASE-T1, 5GBASE-T1 y 10GBASE-T1 y, a partir de 2021 , incluye un total de 15 clases de potencia con voltaje intermedio adicional y niveles de poder.

Los ejemplos de dispositivos alimentados por PoE incluyen: 

• Teléfonos VoIP
• Cámaras IP incluyendo PTZ
• WAP
• Decodificadores de TV IP (IPTV)
• Enrutadores de red o Power over ethernet switches
• Un miniconmutador de red instalado en habitaciones distantes, para admitir un pequeño grupo de puertos Ethernet desde un cable de enlace ascendente . La alimentación PoE se alimenta al puerto PD (o entrada Power Over Ethernet). Estos conmutadores pueden, a su vez, alimentar dispositivos PoE remotos mediante el paso de PoE.
• Sistemas de intercomunicación y megafonía y amplificadores de altavoces de pasillo
• Relojes de pared en habitaciones y pasillos, con hora configurada mediante Network Time Protocol (NTP)
• Radios exteriores montadas en el techo con antenas integradas, 4G/LTE, CPE inalámbrico basado en 802.11 o 802.16 (equipo en las instalaciones del cliente) utilizado por los ISP inalámbricos
• Radios de microondas y ondas milimétricas de punto a punto para exteriores y algunas unidades de Óptica de espacio libre (FSO) que generalmente cuentan con PoE patentado
• Componentes del sistema de control industrial, incluidos sensores, controladores, medidores, etc.
• Componentes de control de acceso que incluyen puntos de ayuda, intercomunicadores, tarjetas de entrada, entrada sin llave, etc.
• Controladores de iluminación inteligentes y accesorios de iluminación de diodos emisores de luz (LED) 
• Dispositivos teatrales y de escenario, como cajas de conexiones y enrutamiento de audio en red
• Quioscos de punto de venta remoto ( POS )
• Extensores Ethernet en línea
• Divisores PoE que emiten energía, a menudo a un voltaje diferente (por ejemplo, 5 V), para alimentar un dispositivo remoto o cargar un teléfono móvil

Terminología

Equipo de suministro de energía

Los equipos de fuente de alimentación (PSE) son dispositivos que proporcionan ( fuente ) alimentación en el cable Ethernet. Este dispositivo puede ser un conmutador de red, comúnmente denominado endspan (IEEE 802.3af se refiere a él como punto final ), o un dispositivo intermediario entre un conmutador sin capacidad Power Over Ethenet y un dispositivo PoE, un inyector PoE externo , denominado dispositivo midspan.

Dispositivo alimentado

Un dispositivo alimentado (PD) es cualquier dispositivo alimentado por PoE, por lo que consume energía. Los ejemplos incluyen puntos de acceso inalámbrico , teléfonos VoIP y cámaras IP .

Muchos dispositivos con alimentación tienen un conector de alimentación auxiliar para una fuente de alimentación externa opcional. Dependiendo del diseño, parte, nada o toda la energía del dispositivo puede ser suministrada desde el puerto auxiliar, y el puerto auxiliar a veces también actúa como energía de respaldo en caso de que falle la energía suministrada por PoE.

Integración y funciones de administración de energía 

Los defensores de PoE esperan que PoE se convierta en un estándar global de cableado de alimentación de CC a largo plazo y reemplace una multiplicidad de adaptadores de CA individuales , que no se pueden administrar fácilmente de forma centralizada.

Los críticos de este enfoque argumentan que PoE es intrínsecamente menos eficiente que la alimentación de CA debido al voltaje más bajo, y esto empeora con los conductores delgados de Ethernet.

Los defensores de Power over Ethernet o PoE, como Ethernet Alliance , señalan que las pérdidas citadas son para los peores escenarios en términos de calidad del cable, longitud y consumo de energía de los dispositivos alimentados.

En cualquier caso, cuando el suministro PoE central reemplaza varios circuitos de CA, transformadores e inversores dedicados, la pérdida de energía en el cableado puede ser justificable.

Integrando EEE y Power over Ethernet

La integración de Power over Ethernet o PoE con el estándar IEEE 802.3az Energy-Efficient Ethernet (EEE) potencialmente produce ahorros de energía adicionales.

Las integraciones preestándar de EEE y PoE (como EEPoE de Marvell descritas en un documento técnico de mayo de 2011) afirman lograr un ahorro de más de 3 W por enlace. Este ahorro es especialmente significativo a medida que se conectan dispositivos de mayor potencia. 

Implementación estándar

La alimentación a través de Ethernet basada en estándares se implementa siguiendo las especificaciones de IEEE 802.3af-2003 (que luego se incorporó como cláusula 33 en IEEE 802.3-2005 ) o la actualización de 2009, IEEE 802.3at.

Los estándares exigen cable de categoría 5 o mejor para niveles de potencia elevados, pero permiten el uso de cable de categoría 3 si se requiere menos potencia. 

La alimentación se suministra como una señal de modo común a través de dos o más de los pares diferenciales de cables que se encuentran en los cables Ethernet y proviene de una fuente de alimentación dentro de un dispositivo de red habilitado para PoE.

También se puede inyectar en un tramo de cable con una fuente de alimentación midspan, una fuente de alimentación Power Over Ethernet adicional que se puede utilizar en combinación con un conmutador no PoE.

Se utiliza una técnica de alimentación fantasma para permitir que los pares alimentados también transporten datos. 

Esto permite su uso no solo con 10BASE-T y 100BASE-TX , que usan solo dos de los cuatro pares del cable, sino también con 1000BASE-T (gigabit Ethernet), 2.5GBASE-T, 5GBASE-T y 10GBASE -T. T que utilizan los cuatro pares para la transmisión de datos.

Esto es posible porque todas las versiones de Ethernet sobre cable de par trenzado especifican la transmisión diferencial de datos sobre cada par con acoplamiento de transformador ; las conexiones de alimentación y carga de CC se pueden realizar en las tomas centrales del transformador en cada extremo.

Por lo tanto, cada par opera en modo común.como un lado del suministro de CC, por lo que se requieren dos pares para completar el circuito.

La polaridad del suministro de CC puede invertirse mediante cables cruzados ; el dispositivo alimentado debe funcionar con cualquier par: pares de repuesto 4–5 y 7–8 o pares de datos 1–2 y 3–6. La polaridad está definida por los estándares en pares de repuesto y se implementa de manera ambigua para pares de datos, con el uso de un puente de diodos .

Power over Ethernet (PoE) en pocas palabras, hace uso de los cuatro pares trenzados de un cable Ethernet, donde solo dos de los pares se usan para datos, ¡la especificación IEEE 802.3af permite que los pares restantes transporten energía!

Esta tecnología representa el único estándar de potencia verdaderamente universal. Si bien existen diferencias en los enchufes de red en el Reino Unido con los de Europa y nuevamente con los EE. UU., ¡la conexión RJ45 y el voltaje de -48 V de PoE son estándar en todo el mundo!

El potencial de Power Over Ethernet, entonces, es enorme y no tiene por qué limitarse a los duros entornos del mercado industrial.

Hoy en día, hay casi 200 tipos de dispositivos habilitados para Power Over Ethernet, que incluyen:

• Puntos de acceso inalámbricos (aeropuertos, almacenes, etc.)
• Teléfonos VoIP
• Dispositivos industriales (sensores, controladores, medidores, etc.)
• Control de acceso y puntos de ayuda (intercomunicadores, tarjetas de entrada, entrada sin llave, etc.)
• Controladores de iluminación
• Quioscos de punto de venta remoto (POS)
• maquinillas de afeitar eléctricas
• relojes
• Cámaras de seguridad

En los próximos años, es probable que Power Over Ethernet o PoE se convierta en la fuente de alimentación elegida para dispositivos como detectores de humo/incendios, escáneres RFID, máquinas de discos de audio/video, máquinas expendedoras/de juegos e incluso cargadores/estaciones de acoplamiento para PDA y dispositivos móviles. Los telefonos.

A medida que se aceleran las tendencias en VoIP, redes inalámbricas Wi-Fi (802.1) y seguridad, los numerosos beneficios proporcionados por PoE pueden ayudar a convertir buenas ideas en aplicaciones prácticas. Estos beneficios incluyen:

• Implementación más fácil: el acceso a lugares de difícil acceso o lugares con falta de espacio para la implementación de energía, como el borde de la carretera, las paredes externas y los techos internos, se vuelve mucho más simple y fácil de mantener.
• Menor costo: los costos pueden escalar rápidamente cuando la instalación de tomas de corriente separadas se incluye en un proyecto. Los conmutadores PoE ahorran tiempo y dinero al evitar la necesidad de instalar tomas de corriente por separado.
• Múltiples ubicaciones: siempre que haya una conexión Ethernet, se puede usar un dispositivo alimentado.
• Mayor tiempo de actividad: si se usa un UPS en la fuente de alimentación para el conmutador PoE, la confiabilidad aumenta hacia los «cinco nueves» óptimos debido a que no se confía en el suministro de voltaje de CA de la red.
• Seguridad mejorada: los niveles de corriente continua de 48 voltios son mucho más seguros que el voltaje de la red de CA.
• Plug and Play: equipar aplicaciones con conmutadores PoE es simple y permite la interoperabilidad con una variedad creciente de dispositivos. Wiki, PoE Wiki, PoE Wiki, PoE Wiki, PoE Wiki,